Сушка при отрицательных температурах

Сублимационной сушкой называется процесс удаления основной массы воды из замороженного продукта в условиях вакуума путем непосредственного перехода льда в парообразное состояние, минуя жидкую фазу.

Обезвоживание материала при отрицательных температурах в условиях вакуума обеспечивает сохранение его первоначальной структуры, предотвращает значительные изменения термолабильных веществ, практически исключает возможность развития микробиальных, ферментативных и окислительных процессов при обезвоживании.

Продукты сублимационной сушки почти полностью сохраняют первоначальный объем, имеют пористую структуру и быстро оводняются, приобретая свойства близкие к исходным.

Процесс фазового превращения льда в пар может иметь место при давлении пара, равном или меньшем 611 Па, и температуре ниже 0,0098°С. Интенсивность процесса сублимации значительно возрастает при понижении давления во внешней среде.

Хорошее качество продукта можно получить замораживая его при - 20°С с последующей сублимацией льда при этой же температуре.

Характер начального этапа процесса обезвоживания поступающего на сушку материала определяется его термическим состоянием. Если на сушку поступает материал, имеющий положительную температуру, то процессу сублимации льда предшествует фаза самозамораживания продукта.

В процессе вакуумирования систем происходит испарение влаги с поверхности продукта (около 15 %), в результате чего его температура понижается до отрицательных значений. Вследствие выделения теплоты кристаллизации изменение температуры продукта в процессе самозамораживания имеет неравномерный характер.

Вслед за фазой самозамораживания начинается собственно сублимация.

При загрузке камеры предварительно замороженным материалом влага из него начинает испаряться уже на стадии вакуумирования. После создания вакуума, отвечающего заданной отрицательной температуре продукта, к нему начинают подводить тепло в количестве, обеспечивающем предусматриваемые температурные границы материала в зоне сублимации и на его поверхности.

Движущей силой переноса частиц пара с поверхности сублимации является разность парциальных давлений, соответствующая температуре поверхностей материала и конденсатора.

По мере испарения влаги зона сублимации постепенно углубляется. При этом слой материала, возгонка льда в котором закончена, приобретает положительную температуру. С начала углубления зоны испарения начинается внутренний тепло- и массоперенос. Пар из зоны к открытой поверхности перемещается под действием разности влажности и температуры. Сопротивление внутреннему переносу пара по каналам и капиллярам высохшего слоя зависит от их числа, размеров, формы и возрастает по мере обезвоживания продуктов, в результате чего скорость испарения влаги понижается. Процесс сублимационной сушки заканчивается, когда температура всего продукта становится положительной. Последний период сушки - удаление наиболее прочно связанной влаги - требует большого расхода энергии и происходит при резком снижении скорости сушки. Температура продукта при этом непрерывно повышается.

Продолжительность процесса сушки зависит от структурных и физико-химических свойств продукта, толщины образца и отношения поверхности к объему, от общего давления в системе и парциального давления воздуха, способа и интенсивности теплоподвода к материалу, величины гидравлического сопротивления на пути движения пара от поверхности сублимации к поверхности конденсации. Интенсивность сушки можно увеличить, повышая температуру материала или понижая температуру конденсации.

В большинстве случаев придерживаются так называемого "оптимально-рентабельного режима" температура сублимации - 10¸ -20°С, температура конденсации - 30¸ -40 °С. Продолжительность процесса на последнем этапе в основном определяется толщиной продукта.

В процессе сушки в зону парообразования необходимо подводить тепло в количестве, эквивалентном теплоте, отнимаемой от продукта при испарении влаги. При недостатке подводимого тепла снижается скорость сушки, при избытке возможно размораживание продукта и пригорание поверхностных слоев.

В технологии производства сушеных продуктов очень трудно, а подчас и невозможно четко разграничить применяемые методы. Чаще всего применяются комплексные методы, т.е. реальные технологии классифицируются несколько иначе. Например: горячая и холодная сушки, т.е. только по температуре без учета сущности процесса.

Дата добавления: 2013-12-12